Question

15．测定“小灯泡的额定功率”．提供的器材：一个电压表，一个电流表，导线若干，三个开关，电压恒为3V的电源，一个标有“10Ω 1.5A”的滑动变阻器和额定电压为2.5V的小灯泡．

（1）请用笔画线代替导线，将图甲的实物电路连接完整（连线不得交叉）；
（2）开关闭合后，滑片P应滑至A端（选填“A“或“B“）．
（3）小明连接好电路后，闭合开关，移动滑片P，发现电流表实数变化明显，灯泡不亮，电压表始终无示数，可以确定电路故障为灯泡被短路；
（4）排除故障后，小明调节滑动变阻器，当小灯泡两端电压为2.5V时，电流表示数如图乙所示，小灯泡的额定功率为0.7W；
拓展应用：若电流表损坏，小明找到2个定值电阻，小明选取了其中一个，连入电路中，完成了小灯泡额定功率的测量．
①应选取哪个定值电阻R₁（阻值分别为R₁=1Ω，R₂=10Ω）；
②请在如图虚线框内画出实验设计的电路图．

Answer 1

分析 （1）灯泡、电流表、滑动变阻器串联，电流表测量总电流，电压表并联在灯泡两端；根据灯泡的额定电压确定电压表选择的量程；
（2）连接电路时，为了避免电路元件受损，开关要断开，应将滑动变阻器调到最大阻值；
（3）闭合开关后，发现电流表有读数，说明电路为通路；当移动滑动变阻器滑片时电流表读数有变化，电压表读数始终为零，说明电压表测量的用电器发生短路；
（4）根据电流表的量程和分度值确定电表的示数，根据P=UI求出灯泡的额定功率；
没有电流表，利用电压表和定值电阻，一般设计成串联电路，找电流相等列等式求出被测电阻．由此分析选取的定值电阻、设计电路．

解答 解：（1）测小灯泡的额定功率的实验中滑动变阻器应一上一下串联入电路中，电压表并联在灯泡两端，已知额定电压为2.5V的小灯泡，所以电压表选择0～3V量程；如图所示：
；
（2）为了保护电路，滑动变阻器的滑片应滑至电阻最大处，由实物图可知应将滑片滑至A端；
（3）移动滑片，电流表示数变化，说明电路是通路，移动滑片电压表示数始终为零，故障原因是灯泡被短路；
（4）由图乙电流表使用0-0.6A量程，分度值0.02A，小灯泡的电压2.5V时正常发光，此时电流表示数为0.28A，因此小灯泡的额定功率是P=UI=2.5V×0.28A=0.7W；
将R与灯泡串联，电压表与灯泡并联，电路图如图所示：

步骤为：①按电路图连好电路；
②闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P使电压表示数为2.5V；
③保持滑动变阻器滑片不动，将电压表与定值电阻R和灯泡并联，读出此时定值电阻两端的电压U₀；
电路中的电流为I=$\frac{{U}_{0}-2.5V}{R}$，
则灯泡的额定功率P=U_额定I=2.5V×$\frac{{U}_{0}-2.5V}{R}$；
由以上设计实验，若选用R₂=10Ω的定值电阻，小灯泡正常发光时，U₀=I_额R₂=0.28A×10Ω=2.8V，但电源电压为3V，这样灯泡不能正常工作，无法测出灯泡的额定电压，故选R₂不合适；
若选用R₁=1Ω的定值电阻，当小灯泡正常发光时，U₀=I_额R₁=0.28A×1Ω=0.28V，这时灯可以正常工作，但电压表示数过小，误差较大．我们可以用电压表测定值电阻R和灯泡的总电压，再计算出电流，从而得到灯泡的额定功率．故可选R₁．
故答案为：（1）见上图；（2）A；（3）灯泡被短路；（4）0.7；①R₁；②见上图．

点评 本题是测小灯泡功率的实验，考查了电路连接、实验注意事项、电路故障的判断、电功率的计算，特殊方法测电阻的实验设计等，利用电压表和电流表检测电路故障是常见的题型，需要在平时的学习中多总结方法与技巧．